Comagnetômetro Atômico Ultrasensível com Coerência de Spin Nuclear Aprimorada

Alcançar alta resolução de energia em sistemas de spin é importante para a pesquisa em física fundamental e medições de precisão, com comagnetômetros de gases nobres alcalinos sendo alguns dos melhores sensores disponíveis. Encontramos um novo mecanismo de relaxamento em tais dispositivos, o gradiente do campo de interação de contato de Fermi que domina o relaxamento dos spins nucleares hiperpolarizados. Relatamos um controle preciso sobre a distribuição de spins, demonstrando um aumento de dez vezes da hiperpolarização do spin nuclear e do tempo de coerência transversal com bombeamento óptico híbrido otimizado. Operando no regime de auto-compensação, nosso comagnetômetro ^21Ne-Rb-K alcança uma sensibilidade de rotação inercial ultralta de 310^-8 rad/s/Hz^1/2 na faixa de frequência de 0,2 a 1,0 Hz, o que é equivalente à resolução de energia de 3,110^-23 eV/Hz^1/2. Propomos usar este comagnetômetro para buscar interações exóticas dependentes de spin envolvendo spins de prótons e nêutrons. A sensibilidade projetada supera os limites experimentais e astrofísicos anteriores em mais de 4 ordens de magnitude.